纤维的截面形状及表征课件(共19张PPT)《纺织材料学（第2版）》.pdf

3.4纤维的截面形状及表征

3.4纤维的截面形状及表征

一、异形纤维的基本概念

前面关于形态的讨论，大多基于圆形截面纤维。

事实上，天然纤维都非圆形，就是截面最接近圆形的细羊毛纤维，严

格意义上也是椭圆形。其长短轴之比约为1.1~1.2。化学纤维中，熔融纺丝

一般为圆形，而干法、湿法纺丝因溶剂析出收缩的原因，或有特殊异形要

求的纤维，都是非圆形的。因此对异形特征表达及等效转换极为必要。

化纤异形化源于对蚕丝三角形截面的模拟，以改善光泽；源于对棉、

麻纤维中空的仿生，以提升保暖性等。异形已不只是形态的模拟，已扩展

到解决织物的起毛起球、柔软化或硬挺化、光滑与粗糙、吸湿与导水、闪

光或柔和，光泽等功效。

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非圆形截面纤维的表观特征会随截面形状的不同而变，其力学、表

观物理和表面吸附性质，也都会随纤维截面的异形化而变。即便是圆形

纤维，也会随内部的中空及复合产生形态、线密度和结构的变化，使纤

维的空间造型多样化、表观占有空间变大。

中空使纤维弯曲、扭转刚度增大，纤维变粗；中空可含静止空气或

相变材料，使纤维的隔热性增大，透气性不变或略增。

复合使纤维结构不均匀和非对称，使各组分功能分担与互补，而获

得皮芯结构的高强舒适或高强可粘结纤维；双边或偏心分布的高弹、空

间卷曲与螺旋和形状记忆纤维；海岛型或海绵多孔型功能纤维或超细纤

维等。

纤维的异形化即截面非实心圆变化，主要有两类形式，一是截面形

状的非圆形化，下又分为轮廓波动的异形化和直径不对称的异形化；一

是截面的中空和复合化。

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纤维异形化的基本形式和变体，如下图所示。从等直径到轮廓波动；

从单中空到多中空；从单组份到多组份；从对称到不对称，甚至从形式间

的独立到相互间的复合，成为纤维异形化的多种途径。这不仅给纤维本身

带来巨大的变化和丰富的内容，而且使纤维制品及其性能的多样化，功能

化和舒适化成为可能。

中空复合

πd2

复复

合异形合

圆周波动异形直径变异异形

复合

粗，糙多角多叶跑道双凹单凹

纤维截面变化的过程、类型及相互关系

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由此纤维截面特征异形化特征的表达，也就不是一个简单的“异形

度”所能表达，应该分类进行，并针对表达。

纤维截面特征的测量目前只能通过切片、显微观察进行。而CCD摄

像和计算机图像处理与分析技术的应用：

使过去认为很困难的周长、截面积测量变得轻而易举；

使过去认为很难做到精确测量的形态特征，如内凹、多叶不对称、

“V”字形夹角等，通过形态定位测量、线性回归趋势线等，得到了准确

的表征。

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二、截面异形的表征

异形截面是指纤维截面形状的非圆形，是异形纤维的基本特征之

一。纤维异形是由天然生长或成形加工所致，大多异形纤维是由非圆形

喷丝孔纺丝而成，也有是因为凝固成形原因所致，如常见粘胶和维纶纤

维。

异形化的截面有轮廓波动和直径变异两种。

1.截面的轮廓波动异形

对轮廓波动异形的表达可采用最基本的异形系数(异形度)表示：

径向异形度0

截面异形度4.A

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式中，R和R,Ao和A分别为最多接触点的外接圆和内切圆半径，截面

积，见下图左图；r为一可替换半径；Nat为线密度；y为纤维的密度。